[Java] JVM이란? 자바 코드 실행

• 이 글은 "온라인 자바 스터디 내용"을 정리한 글입니다.

JVM이란?

• Java는 다른 언어와 달리 플랫폼에 종속적이지 않다는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 특징을 가질 수 있게 도와주는 소프트웨어가 JVM입니다.

• JVM은 Java Virtual Machine 약어로 자바 프로그램을 실행시키기 위해 필수적인 런타임 환경을 제공하는 프로그램입니다.

• JVM의 주요 역할로 자바 소스코드가 컴파일을 하여 바이트코드로 변하게 되면 바이트코드를 각 운영체제에 맞는 기계어로 다시 번역하는 역할을 담당하고 있습니다.

• 그 외에도 메모리 관리, Garbage Collection 이라는 중요한 역할을 수행하고 있습니다.

컴파일 방법

자바는 빌드 시, 자바 파일(.java)을 자바 컴파일러(javac.exe)를 이용하여 JVM이 이해할 수 있는 중간단계의 언어인 바이트 코드(.class)로 바꿔줍니다.

Java 프로그램을 컴파일 하는 대표적인 IDE로 Intellj와 eclipse가 있습니다. 이외에도 간단한 자바 프로그램 같은 경우는 terminal, cmd에서도 z컴파일이 가능합니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world");
    }
}

javac < program name > 과 같이 명령어를 입력하면 terminal에서도 실행이 가능합니다.

실행 방법

• 컴파일 하는 과정에서 만들어진 바이트 코드(_.class)를 *_java < class name >** 명령어를 입력하면 실행시킬 수 있습니다.

• 또는 java < argument > < program name > 명령어를 통해 자바 프로그램을 실행시킬 수 있습니다.

바이트코드란?

• 컴파일이란 사람이 이해할 수 있는 언어를 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 바꾸는 과정으로 소스코드에서 목적코드로 바꾸는 과정입니다.

• C, C++ 소스코드는 컴파일 시 목적 코드인 기계어로 변하게 되고 java는 바이트 코드로 변하게 됩니다.

• 자바의 바이트 코드는 JVM이 실행하는 명령어 집합으로 컴파일 시 생성되는 .class 파일이 바이트 코드를 담고 있습니다.

• 바이트 코드는 OS에 종속적이지 않는 명령어 집합을 사용하며, 이것이 자바의 크로스 플랫폼 동작을 가능하게 해주는 부분입니다.

• javap < class name > 명령어 입력 시 바이트 코드를 확인할 수 있습니다.

JIT 컴파일러

• 바이트 코드는 기계가 바로 읽을 수 있는 형태가 아니고 이 바이트 코드는 실제 실행될 때 다시 한번 기계가 읽을 수 있는 형태(native code)로 인터프리터를 통해 번역되어야 합니다.

• 인터프리터는 반복적인 작업이더라고 계속 번역하는 작업을 거치기 때문에 속도가 느릴 수 밖에 없는데 이러한 문제를 해결하는 방법으로 JIT 컴파일러가 등장하였습니다.

• JIT 컴파일러는 인터프리터 방식으로 실행하다가 적절한 시점에 바이트코드 전체를 컴파일하여 네이티크 코드로 변경하고, 이후에는 인터프리킹 하지 않고 네이티브 코드로 직접 실행하는 방식입니다. 네이티브 코드는 캐시에 보관하기 때문에 한번 컴파일된 코드는 빠르게 수행할 수 있습니다.

• JIT 컴파일러가 컴파일하는 과정은 바이트코드를 인터프리팅하는 것보다 오래걸리기 때문에 JIT 컴파일러를 사용하는 JVM은 해당 메소드가 얼마나 자주 수행되는 지 체크하고, 적정 수준을 넘을 경우에 컴파일을 수행합니다.

JVM의 구성

Class Loader

JVM 내로 .class파일을 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈입니다.
런타임 시 동적으로 클래스를 로드하는데 jar파일 내 저장된 클래스는 JVM 위에 탑재하고 사용하지 않는 클래스는 메모리에서 삭제합니다. 즉 클래스를 처음으로 참조할 때, 해당 클래스를 로드하고 링크하는 역할을 수행합니다.

Exection Engine

클래스를 실행시키는 역할입니다. 클래스 로더가 JVM내의 런타임 데이터 영역에 바이트 코드를 배치시키고, 실행엔진에 의해 실행됩니다.
실행엔진은 바이트코드를 실제로 JVM내부에서 기계가 실행할 수 있는 형태로 변경합니다. 이 때 InterPreter와 JIT 방식이 사용됩니다.

Garbage Collector

메모리 관리 기법 중 하나로 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중 사용하지 않는 영역을 해제하는 기능입니다.

• 참조(https://asfirstalways.tistory.com/158)

JDK와 JRE의 차이

https://medium.com/@mannverma/the-secret-of-java-jdk-jre-jvm-difference-fa35201650ca

JRE

JRE (Java Runtime Environment)는 Java 프로그래밍 언어로 작성된 응용 프로그램을 실행하기 위한 라이브러리, Java Virtual Machine 및 기타 구성 요소를 제공합니다.

JDK

JDK (Java Development Kit)는 JRE의 상위 집합이며 JRE에 있는 모든 항목과 응용 프로그램 개발에 필요한 컴파일러 및 디버거와 같은 도구를 포함합니다.